KR20050039906A - 형상기억합금을 이용한 스월콘트롤 밸브 구동장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 형상기억합금을 이용한 스월콘트롤밸브 구동장치에 관한 것으로서, 특히 밸브축의 일측 끝단에 나선형 안내홈을 구비한 회전체를 형성하고, 상기 회전체의 외측으로 안내홈에 삽입되기 위한 안내돌기를 구비하고 있는 작동체를 결합하며, 특정온도로 상승할때 팽창하면서 작동체를 밀어내어 회전체를 회전시켜 밸브축에 형성된 스월밸브가 폐쇄되도록 하는 형상기억합금으로 이루어진 액튜에이터를 작동체의 외측에 형성하여 엔진 운전조건에 따라 스월밸브가 개폐되도록 하므로서, 스월밸브 개폐동작의 정밀제어가 가능하고, 구성이 단순함은 물론 형상기억함금을 이용하여 다양한 형상의 액튜에이터를 구현할 수 있으며, 제품의 부품수가 적어서 제품의 내구성 및 성능에 대한 신뢰도를 향상시킬 수 있도록 한 형상기억합금을 이용한 스월콘트롤밸브 구동장치에 관한 것이다.

Description

형상기억합금을 이용한 스월콘트롤밸브 구동장치{Swirl control valve driving device}

본 발명은 형상기억합금을 이용한 스월콘트롤밸브 구동장치에 관한 것으로서, 특히 스월밸브 개폐동작의 정밀제어가 가능하고, 구성이 단순함은 물론 형상기억함금을 이용하여 다양한 형상의 액튜에이터를 구현할 수 있으며, 제품의 부품수가 적어서 제품의 내구성 및 성능에 대한 신뢰도를 향상시킬 수 있도록 한 형상기억합금을 이용한 스월콘트롤밸브 구동장치에 관한 것이다.

도 6 은 종래의 스월콘트롤밸브(SCV) 구동장치를 도시한 것으로서,

연소실로 흡기를 공급하기 위한 여러쌍의 흡기포트(21)와 스월포트(22)를 구비하고 있는 흡기매니폴드(20)와;

상기 흡기포트(21)와 스월포트(22)의 출구측을 가로지르도록 관통하여 형성된 밸브축(23)과;

상기 흡기포트(21)의 출구측에 존재하도록 밸브축(23)의 도중에 형성되고, 밸브축(23)의 회전시 연동되어 흡기포트(21)를 선택적으로 개방하는 스월밸브(24)와;

엔진의 운전조건에 따라 상기 밸브축(23)을 정역회전시켜 스월밸브(24)가 개폐되도록 하는 제어모터(25); 로 구성된다.

종래 스월콘트롤밸브 구동장치의 동작을 설명하면,

엔진이 중저속으로 구동하면 미도시된 ECU의 제어신호에 의해 제어모터(25)가 구동하여 밸브축(23)을 일방향으로 회전시켜 스월밸브(24)가 흡기포트(21)를 차단하도록 하므로서, 흡기가 스월포트(22)를 통해서만 연소실로 공급되면서 스월계수가 증대되어 연소효율을 향상시키고, 배출가스가 감소되도록 하며,

엔진이 고속으로 구동하면 미도시된 ECU의 제어신호에 의해 제어모터(25)가 구동하여 밸브축(23)을 역방향으로 회전시켜 스월밸브(24)가 흡기포트(21)를 개방하도록 하므로서 흡기가 흡기포트(21)와 스월포트(22)를 통해 연소실로 공급되면서 흡기의 유량계수가 증대되어 엔진의 출력향상을 꾀하도록 동작한다.

즉, 스월콘트롤밸브는 엔진이 중저속으로 구동할때 흡기포트(21)는 차단하고 스월포트(22)만이 개방되도록 제어하여 흡기의 스월계수를 증대시켜 연소실에서의 연소효율이 향상되도록 하는 것이다.

이러한 스월콘트롤밸브 구동장치는 상기 설명과같이 제어모터로서 직접 밸브축(23)를 구동시키는 직접구동식과 링크구조의 제어바를 이용하는 간접구동식이 제공되고 있는 실정이다.

그러나,종래의 스월콘트롤밸브 구동장치는 대부분이 다수의 부품으로 이루어져 있어서 부품 상호간의 마모, 윤활 및 내구성의 문제를 안고 있으며, 대기상태의 일관성, 안정성, 동적민감성 그리고 제어정보가 정밀하지 못하여 연비 및 동력성능의 저하를 초래하는 문제점이 발생하고 있었고,

종래의 스월콘트롤밸브 구동장치가 다수의 부품으로 이루어짐에 따라 장착위치, 장착방법 및 장착강도 등 많은 제약조건을 해결해야만 하므로 제품의 생산성이 하락하는 문제점이 있었다.

따라서, 상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 밸브축의 일측 끝단에 나선형 안내홈을 구비한 회전체를 형성하고, 상기 회전체의 외측으로 안내홈에 삽입되기 위한 안내돌기를 구비하고 있는 작동체를 결합하며, 특정온도로 상승할때 팽창하면서 작동체를 밀어내어 회전체를 회전시켜 밸브축에 형성된 스월밸브가 폐쇄되도록 하는 형상기억합금으로 이루어진 액튜에이터를 작동체의 외측에 형성하여 엔진 운전조건에 따라 스월밸브가 개폐되도록 하므로서, 스월밸브 개폐동작의 정밀제어가 가능하고, 구성이 단순함은 물론 형상기억함금을 이용하여 다양한 형상의 액튜에이터를 구현할 수 있으며, 제품의 부품수가 적어서 제품의 내구성 및 성능에 대한 신뢰도를 향상시킬 수 있도록 한 형상기억합금을 이용한 스월콘트롤밸브 구동장치를 제공함을 목적으로 한다.

상기 목적달성을 위한 본 발명은,

흡기매니폴드의 흡기포트와 스월포트의 출구측을 가로지르도록 관통하여 설치되는 밸브축과;

상기 밸브축의 도중에 일정간격으로 설치되고 밸브축의 회전시 흡기포트를 개폐하는 스월밸브를 포함하여 구성된 스월콘트롤밸브에 있어서,

상기 밸브축의 일측 끝단에 형성되고, 그 외주연에는 나선형으로 안내홈이 형성되어 있는 회전체와;

상기 회전체의 양측 끝단에 돌출 형성된 스토퍼와;

상기 회전체의 외측을 감싸도록 결합되고, 그 내주면상에 상기 안내홈에 삽입되기 위한 안내돌기가 돌출 형성되어 있는 원통형의 작동체와;

상기 작동체의 일측 끝단에 돌출되는 지지돌부와;

상기 작동체의 외주면상에 형성되되 그 일측이 회전체의 내측 스토퍼에 결합 고정되고 타측이 작동체의 지지돌부에 결합고정되며, 형상기억합금으로 제작되어 특정온도로 상승하면 팽창하면서 작동체를 밀어내고 온도하락하면 수축하면서 상기 작동체를 잡아당겨 작동체의 전후진에 따라 회전체가 회전하면서 밸브축이 정역회전되도록 하는 액튜에이터; 로 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 액튜에이터는 형상기억합금이 나선형으로 형성된 것임을 특징으로 한다.

또한, 상기 액튜에이터를 작동시키는 수단으로서,

엔진의 운전조건에 따라 스월밸브를 개폐시키기 위한 제어전압을 출력하는 ECU와;

상기 ECU의 제어전압에 따라 전류를 증폭하여 액튜에이터의 온도상승에 따른 팽창동작에 의해 스월밸브가 폐쇄되도록 하는 전류증폭부; 를 포함하여 구성한 것을 특징으로 한다.

상기 ECU는 엔진이 중저속 구동시 스월밸브가 차단되도록 전류증폭부로 제어전압을 출력하고, 엔진이 고속 구동시 스월밸브가 개방되도록 전류증폭부로 제어전압을 공급하지 않는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면 도 1 내지 도 5 를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.

도면부호 1 은 흡기매니폴드를 나타내며, 상기 흡기매니폴드(1)는 연소실로 흡기를 공급하기 위한 여러쌍의 흡기포트(2)와 스월포트(3)를 구비하고 있다.

그리고, 상기 흡기포트(2)와 스월포트(3)의 출구측을 가로지르도록 밸브축(4)이 관통하여 설치되고, 상기 밸브축(4)의 도중에는 각각의 흡기포트(2)의 출구측에 위치하도록 스월밸브(5)가 형성되며, 이 스월밸브(5)의 개폐동작에 의해 엔진이 중저속으로 구동할때는 흡기포트(2)가 차단되어 흡기가 스월포트(3)를 통해서만 연소실로 공급되고, 엔진이 고속으로 구동할때는 흡기포트(2)가 개방되어 흡기가 흡기포트(2)와 스월포트(3)를 통해 연소실로 공급된다.

본 발명에서는 상기 스월밸브(5)를 구동시키는 수단으로서, 회전체(6), 작동체(9), 액튜에이터(11), ECU(13) 등이 구성된다.

상기 회전체(6)는 도 2 에 도시된 바와같이 밸브축(4)의 일측에 결합되는 것으로서, 그 양측에 각각 스토퍼(12)가 형성되어 있고, 회전체(6)의 외주연상에 나선형의 안내홈(7)이 요입 형성되어 있다.

상기 회전체(6)는 스토퍼(12)와는 독립적으로 회전하도록 구성되고, 상기 일측의 스토퍼(12)는 흡기매니폴드(1)의 일측면에 볼트로서 결합 고정된다.

상기 작동체(9)는 회전체(6)의 외측에 형성되어 전후진하면서 회전체(6)가 정역회전하도록 하는 것으로서, 상기 작동체(9)의 내주면상에는 상기 안내홈(7)에 삽입되기 위한 안내돌기(8)가 내향 돌출 형성되어 있고, 작동체(9)의 일측 끝단에는 액튜에이터(11)가 결합되기 위한 지지돌부(10)가 돌출 형성된다.

이러한 작동체(9)가 회전체(6)의 외주면에 결합된 상태에서 작동체(9)가 도 5 와같이 전진(도면상의 우측)하게되면, 안내돌기(8)가 안내홈(7)을 따라 움직이면서 회전체(6)를 일방향으로 회전시키게되며, 상기 작동체(9)가 후진(도면상의 좌측)하게되면 반대로 회전체(6)가 역회전하면서 스월밸브(5)가 개폐된다.

상기 액튜에이터(11)는 상기 작동체(9)를 전후진 시키는 것으로서, 형상기억합금(Shape memory alloy)으로 제작되며, 도 1 에 도시된 것과같이 나선형, 마치 스프링 모양과같이 형성되고, 그 일측이 상기 내측의 스토퍼(12)에 고정 결합됨과 동시에 타측이 상기 작동체(9)의 지지돌부(10)에 고정 결합된다.

일반적으로 형상기억합금이라 함은 온도의 변화에 따라 열 탄성형 마르텐사이트 재료들이 저온에서 나타나는 진동 흡수능력과 일정온도에서 변형한 재료를 특정 천이온도 이상으로 가열하면 원래의 형상으로 되돌아가는 형상기억효과와 특정온도 즉 오스테나이트의 피니싱(austenite finishing) 온도보다 10~20℃ 높은 온도범위 내에서 신축할 수 있는 초탄성의 성질을 지닌 합금을 말하며, 본 발명에서는 형상기억합금의 형상기억효과를 이용한 것이다.

즉, 상기 액튜에이터(11)는 특정온도(천이온도)에 도달하면 원래의 형상으로 되돌아가기위해 팽창하는 것이며, 상기 액튜에이터(11)가 작동체(9)를 전후진시킴에 따라 스월밸브(5)가 개폐된다.

한편, 엔진 운전조건에 따라 상기 액튜에이터(11)를 구동시키기 위한 수단으로 ECU(13)와 전류증폭부(14)가 구비되는데, 상기 ECU(13)는 rpm, 엔진부하, 흡기량 등의 정보로서 엔진 운전조건을 판단하고, 그 판단결과 엔진이 중저속으로 구동할때에는 스월밸브(5)가 차단되도록 하기 위한 제어신호를 전류증폭부(14)로 출력하고, 엔진이 고속으로 구동할때에는 스월밸브(5)가 개방되도록 하기위해 전류증폭부(14)로 제어신호를 출력하지 않으며, 상기 전류증폭부(14)는 ECU(13)로부터 입력되는 전압에 비례하는 전류를 증폭하여 액튜에이터(11)로 공급한다.

상기 전류증폭부(14)에서 출력된 전류가 액튜에이터(11)로 공급되면 금속체인 액튜에이터(11)가 발열하게되며, 그 발열온도가 특정온도(천이온도)에 도달하면 액튜에이터(11)가 팽창하면서 작동체(9)를 전진시켜 회전체(6)가 회전하도록 하는 것이며, 상기 회전체(6)의 회전에 의해 도 4 와같이 스월밸브(5)가 흡기포트(2)를 차단하게되는 것이다.

반대로, 상기 전류증폭부(14)에서 전류가 출력되지 않으면 액튜에이터(11)의 온도가 낮아지면서 원래의 상태로 수축하게되고, 액튜에이터(11)가 수축함에 따라 작동체(9)가 후진하면서 회전체(6)를 반대방향으로 회전시켜 도 1 과같이 스월밸브(5)가 흡기포트(2)를 개방하게되는 것이다.

상기 설명과같이 본 발명은 형상기억합금으로 제작된 액튜에이터(11)가 ECU(13)에서 출력된 제어신호에 따른 발열동작으로 특정온도에 도달하거나 온도 하강한 상태에 따라 수축 또는 팽창하면서 스월밸브(5)를 개폐하게되며, 특히 액튜에이터(11)가 기억된 형상만큼 정확하게 수축 및 팽창하게되므로 스월밸브(5)의 개폐동작을 보다 정밀하게 제어할 수 있게된다.

또한, 단순한 구조로서 스월밸브(5)를 정확하게 개폐시킬 수 있으므로 제품의 내구성 및 성능에 대한 신뢰도를 향상시킬 수 있는 것이다.

이상에서 설명한 바와같이 본 발명은 밸브축의 일측 끝단에 나선형 안내홈을 구비한 회전체를 형성하고, 상기 회전체의 외측으로 안내홈에 삽입되기 위한 안내돌기를 구비하고 있는 작동체를 결합하며, 특정온도로 상승할때 팽창하면서 작동체를 밀어내어 회전체를 회전시켜 밸브축에 형성된 스월밸브가 폐쇄되도록 하는 형상기억합금으로 이루어진 액튜에이터를 작동체의 외측에 형성하여 엔진 운전조건에 따라 스월밸브가 개폐되도록 하므로서, 스월밸브 개폐동작의 정밀제어가 가능하고, 구성이 단순함은 물론 형상기억함금을 이용하여 다양한 형상의 액튜에이터를 구현할 수 있으며, 제품의 부품수가 적어서 제품의 내구성 및 성능에 대한 신뢰도를 향상시킬 수 있도록 한 형상기억합금을 이용한 스월콘트롤밸브 구동장치를 제공하는 효과를 기대할 수 있다.

도 1 은 본 발명의 스월콘트롤밸브 구동장치를 보인 도면.

도 2 는 본 발명에 적용된 밸브축과 회전체의 결합상태를 보인 사시도.

도 3 은 본 발명에 적용된 작동체를 보인 사시도.

도 4 는 본 발명의 작동상태를 보인 도면.

도 5 는 본 발명에 적용된 작동체와 회전체의 작동상태를 보인 단면도.

도 6 은 종래의 스월콘트롤밸브 구동장치를 보인 도면.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 흡기매니폴드 2 : 흡기포트

3 : 스월포트 4 : 밸브축

5 : 스월밸브 6 : 회전체

7 : 안내홈 8 : 안내돌기

9 : 작동체 10 : 지지돌부

11 : 액튜에이터 12 : 스토퍼

13: ECU 14 : 전류증폭부

Claims (4)

1. 흡기매니폴드(1)의 흡기포트(2)와 스월포트(3)의 출구측을 가로지르도록 관통하여 설치되는 밸브축(4)과;

   상기 밸브축(4)의 도중에 일정간격으로 설치되고 밸브축(4)의 회전시 흡기포트(2)를 개폐하는 스월밸브(5)를 포함하여 구성된 스월콘트롤밸브에 있어서,

   상기 밸브축(4)의 일측 끝단에 형성되고, 그 외주연에는 나선형으로 안내홈(7)이 형성되어 있는 회전체(6)와;

   상기 회전체(6)의 양측 끝단에 돌출 형성된 스토퍼(12)와;

   상기 회전체(6)의 외측을 감싸도록 결합되고, 그 내주면상에 상기 안내홈(7)에 삽입되기 위한 안내돌기(8)가 돌출 형성되어 있는 원통형의 작동체(9)와;

   상기 작동체(9)의 일측 끝단에 돌출되는 지지돌부(10)와;

   상기 작동체(9)의 외주면상에 형성되되 그 일측이 회전체(6)의 내측 스토퍼(12)에 결합 고정되고 타측이 작동체(9)의 지지돌부(10)에 결합고정되며, 형상기억합금으로 제작되어 특정온도로 상승하면 팽창하면서 작동체(9)를 밀어내고 온도하락하면 수축하면서 상기 작동체(9)를 잡아당겨 작동체(9)의 전후진에 따라 회전체(6)가 회전하면서 밸브축(4)이 정역회전되도록 하는 액튜에이터(11); 로 구성된 것을 특징으로 하는 형상기억합금을 이용한 스월콘트롤밸브 구동장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 액튜에이터(11)는 형상기억합금이 나선형으로 형성된 것임을 특징으로 하는 형상기억합금을 이용한 스월콘트롤 밸브 구동장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 액튜에이터(11)를 작동시키는 수단으로서,

   엔진의 운전조건에 따라 스월밸브(5)를 개폐시키기 위한 제어전압을 출력하는 ECU(13)와;

   상기 ECU(13)의 제어전압에 따라 전류를 증폭하여 액튜에이터(11)의 온도상승에 따른 팽창동작에 의해 스월밸브(5)가 폐쇄되도록 하는 전류증폭부(14); 를 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 형상기억합금을 이용한 스월콘트롤밸브 구동장치.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 ECU(13)는 엔진이 중저속 구동시 스월밸브(5)가 차단되도록 전류증폭부(14)로 제어전압을 출력하고, 엔진이 고속 구동시 스월밸브(5)가 개방되도록 전류증폭부(14)로 제어전압을 공급하지 않는 것을 특징으로 하는 형상기억합금을 이용한 스월콘트롤밸브 구동장치.